Все об электричестве доступным языком

Понятно желание людей любого возраста постичь такую науку, как электротехника. Помогут в этом основы электротехники для всех начинающих. В интернете и печати публикуется масса материалов, часто под заглавием «Электротехника для чайников». Начинать нужно с усвоения положений и законов электричества.

Понятия и свойства электрического тока

Начальные курсы электрика в первых главах дают определения понятию и свойствам электрического тока, объясняют природу и свойства электроэнергии, законы электричества и их основные формулы. Основываясь на великих открытиях, зарождалась и получила грандиозное развитие такая научная дисциплина, как электротехника. Сущность электричества заключена в направленном перемещении электронов (заряженных частиц). Они переносят электрический заряд в теле металлических проводов.

Важно! Для транзита электрической энергии используют провода, жилы которых сделаны из алюминия или меди. Это самые экономичные проводные металлы. Делать жилы проводов из других материалов дорого, поэтому невыгодно.

Ток бывает постоянного и переменного направления. Постоянное движение энергии всегда осуществляется в одном направлении. Переменный энергетический поток ритмично меняет свою полярность. Скорость, с которой меняется направление движения электронов, называют частотой. Её измеряют в герцах.

Что изучает электротехника

Основа электрики формировалась в XIX веке. Те времена называют эпохой грандиозных открытий основополагающих законов, дающих все представления об электричестве. Электротехника (ЭТ) как наука начинала делать свои первые шаги. Теория стала подкрепляться практикой. Появились первые электротехнические устройства, совершенствовались коммуникационные системы доставки электроэнергии от источника потребителю.

Базой развития электротехники стали достижения в области физики, химии и математики. Новая наука изучала свойства электрического тока, природу электромагнитных излучений и другие процессы. По мере накопления знаний ЭТ становилась наукой прикладного характера.

Современная научная дисциплина изучает устройства, в которых используется электрический ток. На основании исследований создаются новые более совершенные электротехнические установки, приборы и устройства. ЭТ – одна из передовых наук, являющаяся одним из основных двигателей прогресса человеческой цивилизации.

С чего начать изучение основ электротехники

Электротехника для начинающих доступна на многих информационных носителях. Современные средства массовой информации не испытывают дефицита в учебных пособиях по основам электричества. Самоучители по электрике приобретают в сети интернет или книжных магазинах. Уроки электрика новичок может получить в виде бесплатного видеокурса об основах электричества через интернет. Онлайн видео лекции в доступной форме обучают всех желающих основам электричества.

Обратите внимание! Книга, несмотря на доступные видеоресурсы в сети, до сих пор считается самым удобным источником информации. Пользуясь самоучителем по электрике с нуля, не нужно всё время включать ПК. Учебник всегда будет под рукой.

Самоучители служат незаменимыми помощниками для того, чтобы отремонтировать электропроводку, починить выключатель, розетку, установить датчик движения и заменить предохранители в бытовых электроприборах.

Основные характеристики тока

К основным характеристикам относятся сила тока, напряжение, сопротивление и мощность. Параметры электрического тока, протекающего по проводу, характеризуются именно этими величинами.

Сила тока

Параметр означает количество заряда, проходящего по проводу, за определённое время. Силу тока измеряют в амперах.

Напряжение

Это есть не что иное, как разница потенциалов между двумя точками проводника. Величина измеряется в вольтах. Один вольт – эта разность потенциалов, при которой для переноса заряда в 1 кулон потребуется произвести работу, равную одному джоулю.

Сопротивление

Этот параметр измеряется в омах. Его величина определяет сопротивление энергопотоку. Чем больше масса и площадь поперечного сечения проводника, тем больше сопротивление. Оно также зависит от материала и длины провода. При разнице потенциалов на концах проводника в 1 Вольт и силе тока 1 Ампер сопротивление проводника равно 1 Ому.

Мощность

Физическая величина выражает скорость протекания электроэнергии в проводнике. Мощность тока определяется произведением силы тока и напряжения. Единица мощности – ватт.

Закон Ома

Постижение основ электротехники нужно начинать с закона Ома. Именно он является фундаментом всей науки об электричестве. Выдающийся немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году сформулировал закон, в котором определяет взаимозависимость трёх основных параметров электрического тока: силы, напряжения и сопротивления.

Энергия и мощность в электротехнике

Электрика для начинающих даёт разъяснения терминов энергии и мощности. Эти характеристики напрямую связаны с законом Ома. Энергия может перетекать из одной в другую форму. То есть она может быть ядерной, механической, тепловой и электрической.

В динамиках звуковых устройств потенциал электрического тока преобразовывается в энергию звуковых волн. В электродвигателях токовый энергопоток превращается в механическую энергию, которая заставляет вращаться ротор мотора.

Любые электрические устройства потребляют нужное количество электроэнергии в течение определённого временного промежутка. Количество потреблённой энергии в единицу времени является мощностью потребителя электричества. Более подробное толкование мощности можно найти в главах учебного пособия, посвящённых электромеханике для начинающих.

Мощность определяют по формуле:

Измеряется этот параметр в ваттах. Единица измерения мощности Ватт означает, что ток силой в один Ампер перемещается под напряжением 1 Вольт. При этом сопротивление проводника равно 1-му Ому. Такая трактовка характеристики тока наиболее понятна для начинающих постигать основы электричества.

Электротехника и электромеханика

Электрическая механика – это раздел электротехники. Эта научная дисциплина изучает принципиальные схемы оборудования, двигателей и прочих приборов, использующих электрическую энергию.

Пройдя курс электромеханики для начинающих, новички могут самостоятельно научиться ремонтировать бытовые электрические устройства и приборы. Основные законы электромеханики дают возможность понять, как устроен электродвигатель, чем отличается трансформатор от стабилизатора, что такое генератор и многое другое.

Дополнительная информация. Несомненную пользу новичкам принесут учебные пособия и видео курсы по электротехнике и электромеханике. Если есть друзья или знакомые, разбирающиеся в этом деле, то это только поможет быстро освоить азы этих дисциплин.

Безопасность и практика

Основы электротехники для начинающих делают особое ударение на правилах техники безопасности. Их несоблюдение на практике порой может стать причиной получения электротравм и повреждения имущества. Для новичков в электротехнике надо следовать четырём основным требованиям ТБ.

Четыре правила техники безопасности для новичков:

1. Перед работой с каким-либо устройством или оборудованием следует ознакомиться с его документацией. Все руководства по эксплуатации имеют раздел безопасности. В нём описаны опасные действия, которые могут вызвать короткое замыкание или удар электрическим током.
2. Прежде, чем приступать к работе с электротехническими устройствами или электропроводкой, нужно отключить электричество. Затем произвести осмотр состояния изоляции проводников. Если обнаружено нарушение изоляционного покрытия, то оголённую часть проводников надо покрыть отрезком изоляционной ленты.
3. При работе с проводкой и оборудованием под напряжением бытовой электросети надо использовать диэлектрические перчатки, защитные очки и обувь на толстой резиновой подошве. В электрораспределительных шкафах, щитах и электроустановках новичкам вообще делать нечего. Ими занимаются квалифицированные электрики, которые имеют допуск к работе под напряжением.
4. Ни в коем случае нельзя касаться оголённых проводников руками. Для этого есть отвёртки-пробники, мультиметры и другие электроизмерительные приборы. Только убедившись в отсутствии напряжения, можно касаться проводов.

Электрика для чайников

Электроника окружает человека в виде различных устройств и приборов. Современная бытовая техника в большинстве своём управляется с помощью электронных схем. Курсы обучения основам электроники для начинающих нацелены на то, чтобы новичок мог отличать транзистор от резистора и понимать, как и для чего служит та или иная электронная схема.

Учебные пособия и видеокурсы способствуют пониманию принципов построения электронных схем. Что такое печатная плата, как создать схему своими руками – на все эти вопросы отвечают основы электроники для новичков. Усвоив азы электроники, домашний «мастер» сможет определить вышедшую из строя радиодеталь в телевизоре, аудио устройстве и другой бытовой технике и заменить её. Кроме этого, новичок приобретёт опыт работы с паяльником.

Видеокурсы, печатная продукция несут в себе массу информации по освоению основ электротехники, электромеханики и электроники. Приобрести знания в этих сферах можно, не выходя из дома. Просмотреть нужное видео, заказать учебники позволяет доступность сети интернета.

Видео

К нам часто обращаются читатели, которые раньше не сталкивались с работами по электричеству, но хотят в этом разобраться. Для этой категории создана рубрика "Электричество для начинающих".

Рисунок 1. Движение электронов в проводнике.

Прежде чем приступить к работам, связанным с электричеством, необходимо немного «подковаться» теоретиче­ски в этом вопросе.

Термин "электричество" подразумевает движение электронов под действием электромагнитного поля.

Главное — понять, что электричест­во — это энергия мельчайших заряженных частиц, которые движутся внутри проводников в определенном направлении (рис. 1).

Постоянный ток практически не меняет своего направления и величины во времени. Допустим, в обычной батарейке постоянный ток. Тогда заряд будет перетекать от минуса к плюсу, не меняясь, пока не иссякнет.

Переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения и величину. Представьте ток как поток воды, те­кущий по трубе. Через какой-то промежуток времени (например, 5 с) вода будет устремляться то в одну сторону, то в другую.

Рисунок 2. Схема устройства трансформатора.

С током это происходит на­много быстрее, 50 раз в секунду (частота 50 Гц). В течение одного периода колебания величина тока повышается до максимума, затем проходит через ноль, а потом происходит обратный процесс, но уже с другим знаком. На вопрос, почему так происходит и зачем нужен такой ток, можно ответить, что получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного. Получение и передача переменного тока тесно связаны с таким устройством, как трансформатор (рис. 2).

Генератор, который вырабатывает переменный ток, по устройству гораздо проще, чем генератор постоянного тока. Кроме того, для передачи энергии на дальнее расстояние переменный ток подходит лучше всего. С его помощью при этом теряется меньше энергии.

При помощи транс­форматора (специаль­ного устройства в виде катушек) переменный ток преобразу­ется с низкого напряжения на высокое, и наоборот, как это представлено на иллюстрации (рис. 3).

Именно по этой причине большинство приборов работает от сети, в которой ток переменный. Однако постоянный ток также применяется достаточно широко: во всех видах батарей, в химической промышленности и некоторых других областях.

Рисунок 3. Схема передачи переменного тока.

Многие слышали такие загадочные слова, как одна фаза, три фазы, ноль, заземление или земля, и знают, что это важные понятия в мире электричества. Однако не все понимают, что они обозначают и какое отношение имеют к окружающей действительности. Тем не менее знать это надо обязательно.

Не углубляясь в технические подробности, которые не нужны домашнему мастеру, можно сказать, что трехфазная сеть — это такой способ передачи электрического тока, когда переменный ток течет по трем проводам, а по одному возвращается назад. Вышесказанное надо немного пояснить. Любая электри­ческая цепь состоит из двух проводов. По одному ток идет к потребителю (например к чайнику), а по другому воз­вращается обратно. Если разомкнуть такую цепь, то ток идти не будет. Вот и все описание однофазной цепи (рис. 4 А).

Тот провод, по которому ток идет, называется фазовым, или просто фазой, а по которому возвращается — нулевым, или нолем. Трехфазная цепь состоит из трех фазовых проводов и одного обратного. Такое возможно потому, что фаза переменного тока в каждом из трех проводов сдвинута по отношению к соседнему на 120° (рис. 4 Б). Более подробно на этот вопрос поможет ответить учебник по электромеханике.

Рисунок 4. Схема электрических цепей.

Передача переменного тока происходит именно при помощи трехфазных сетей. Это выгодно экономически: не нужны еще два нулевых провода. Подходя к потребителю, ток разделяется на три фазы, и каждой из них дается по нолю. Так он попадает в квартиры и дома. Хотя иногда трехфазная сеть заводится прямо в дом. Как правило, речь идет о частном секторе, и такое положение дел имеет свои плюсы и минусы.

Земля, или, правильнее сказать, заземление — третий провод в однофазной сети. В сущности, рабочей нагрузки он не несет, а служит своего рода предо­хранителем.

Например, в случае когда электричество выходит из-под контроля (например, короткое замыкание), возникает угроза пожара или удара током. Чтобы этого не произошло (то есть значение тока не должно превышать безопасный для человека и приборов уровень), вводится заземление. По этому проводу избыток элек­тричества в буквальном смысле слова уходит в землю (рис. 5).

Рисунок 5. Простейшая схема заземления.

Еще один пример. Допустим, в работе электродвигателя стиральной машины возникла небольшая поломка и часть электрического тока попадает на внешнюю металлическую оболочку прибора.

Если заземления нет, этот заряд так и будет блуждать по стиральной машине. Когда человек прикоснется к ней, он моментально станет самым удобным выходом для данной энергии, то есть получит удар током.

При наличии провода заземления в этой ситуации излишний заряд стечет по нему, не причинив никому вреда. В дополнение можно сказать, что нулевой проводник также может быть заземлением и, в принципе, им и является, но только на электростанции.

Ситуация, когда в доме нет заземления, небезопасна. Как с ней справиться, не меняя всю проводку в доме, будет рассказано в дальнейшем.

Некоторые умельцы, полагаясь на начальные знания по электротехнике, устанавливают нулевой провод как заземляющий. Никогда так не делайте.

При обрыве нулевого провода корпуса заземленных приборов окажутся под напряжением 220 В.

Сегодня нет той сферы деятельности человека, где бы не применялось электричество. Оно просто окружает человечество в повседневной жизни. Без него уже нельзя представить цивилизованную жизнь.

Что бы отлично разбираться и понимать, как работает электричество от а до я – необходимо пройти курс обучения по дисциплине «Электротехника», при этом потратив уйму времени. Но для того, чтобы знать о базовых принципах электричества необходимы общие понятия о законах электротехники и советы электрика. И тогда, электрика своими руками станет такой же доступной, как сделать полку или повесить картину.

Общие понятия

Электричество – это физический процесс движения свободных электронов. Используется только «прирученное» человеком электричество, при котором движение электронов по проводам происходит только в нужном направлении, и оно бывает двух видов:

• постоянного тока;
• переменного тока.

Этот упорядоченный физический процесс и дает – свет, тепло, вращение моторов, работу наших смартфонов и многое другое.

Постоянный ток

Использует во всех бытовых приборах с электроникой от телевизора и компьютера до вашего сотового телефона. Наиболее распространенными источниками постоянного тока служат:

• батарейки;
• аккумуляторы;
• блоки питания от сети переменного тока 220 В.

К сведению. Постоянный электрический ток, применяемый в быту не опасен для человека.

Переменный ток

Вырабатывается промышленным способом на электростанциях и поступает через систему распределения в квартиры. От него работают холодильники, электрические плиты, блоки питания бытовых приборов, лампы освещения и многое другое.

Промышленно вырабатывается трехфазный ток, а в квартиры поступает его производная – однофазный ток с номинальным напряжением 220 В. Однофазный ток передается по двум проводам – один из которых фаза, обозначаемая, как «L», второй – ноль «N».

Будьте осторожны! Напряжение, которое приходит в дома по проводам имеет потенциал 220 В, и оно опасно для жизни! Любое прикосновение человека к оголенным проводам или металлическим частям оборудования, которые могут находиться под этим напряжением, может закончиться тяжелым ожогом или смертельной травмой!

Приборы безопасности

Стоит четко знать, что электрический ток и напряжение невозможно увидеть или услышать. Вот тут в помощь советы электрика.

Совет: Прежде чем начинать ремонтировать действующую электропроводку, необходимо воспользоваться специальными приборами для определения наличия напряжения. И вот основные:

• индикаторная отвертка;
• однополюсные или двухполюсные указатели напряжения;
• электрические щупы;
• электронные сигнализаторы напряжения.

Важно! Принцип работы индикаторов и указателей заключается в том, что при касании фазы зажигается неоновая контрольная лампочка, указывающая на наличие высокого напряжения. Щупы и сигнализаторы имеют электронную начинку, но уже издают световой и звуковой сигнал.

Если нет под рукой такого прибора, то можно воспользоваться хитростью электрика и изготовить пробник из двух проводов, патрона и лампочки накаливания. Замкнув один провод на металлический корпус щита – вторым проводом можно искать фазу.

Электропроводка

Все электричество работает по принципу передачи энергии от источника (электростанция) по проводам к потребителю (лампочка, холодильник и т. д.). Для того, чтобы подключить лампочку или розетку необходим двухжильный провод – фаза и ноль.

Важно! В современных электропроводках применяются три провода – третий защитный и называется он землей «РЕ».

Провода представляют собой металлическую жилу, изготовленную из меди или алюминия, покрытую по всей длине защитной пластиковой изоляцией. Провода с двумя, тремя и более жилами покрывают поясной изоляцией и уже называют электрическим кабелем. Провода выпускаются определенных сечений, имеют стандартизированный ряд: 1,5; 2,5; 4; 8; 10 и т. д. Размер сечения жил указывается в квадратных миллиметрах.

Важно! Действующие «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ) строго предписывают: для электрических разводок внутри помещений, должны применяться провода и кабели, только с медными жилами. Устройство наружных электросетей допускается кабелями с алюминиевыми жилами начиная с сечения в 16 мм2.

Цветовая маркировка проводов

Для облегчения электромонтажных работ, а также в целях безопасности были унифицированы требования ПУЭ и евростандарта. Так каждая жила имеет свой цвет согласно функциональной принадлежности. Регламент маркировки определяет:

• PE — нулевой защитный проводник – желтого цвета с зеленой полосой или как чередование желтых и зеленых полос;
• N — нулевой рабочий проводник (нейтраль) — голубого цвета;
• L — фазный провод — красного, коричневого, серого или белого цвета.

Здесь же, пригодятся советы электрика, которые вы найдете только в технической литературе:

1. Имейте в виду, что ранее в СССР существовала другая цветовая маркировка, где черным цветом обозначалась глухо заземлённая нейтраль, белым цветом – рабочий ноль, фазы А-В-С соответственно имели цвета желтый, зеленый и красный.
2. Электрические кабели, купленные в магазине или найденные при ремонте в существующей проводке, могут не иметь «правильную» цветовую маркировку, а иногда провода и вовсе будут белыми. Используйте секреты электрика: купите цветные кембрики или разных цветов изоленту для правильного обозначения жил.

Выбор сечения провода

При передаче электрической энергии через провода происходит неизбежная потеря ее незначительной части, которая проявляется в выделении тепла. Чем больше используемая мощность, подводимая по проводам к потребителю, тем больше понадобиться сечение провода. Любой токопроводящий материал имеет удельное сопротивление, так, например, у медных проводов оно почти в 1,5 раза меньше, у алюминиевых. Что бы, не утруждаться вычислениями и не искать таблицы – нужны простые советы электрика и тогда, запомнив несколько несложных значений можно с легкостью подобрать необходимое сечение провода для дома или гаража.

Так как, суммарная мощность всех электроприборов в квартире, частном доме или на даче не превышает 3 кВт, то можно руководствоваться, что в 1 фазной сети на 1 кВт мощности приходиться сила тока примерно 5,0 А. А для 3 фазной сети на 1 кВт надо сила тока примерно 2,0 А.

В частности, для электроводонагревателя мощностью в 1,5 кВт понадобиться провод с медным проводником в 1,5 мм2.

Помните! Если надо произвести ремонт старой электропроводки или проложить новую сеть, но уверенности в своих знаниях и возможностях нет, то в этом случае советы электрика помогут не только делом, но и сэкономить время и деньги.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.